基于能量守恒思想，采用径向条分法，假设虚拟位移，建立滑坡的稳定性计算数学模型，为滑坡稳定性分析提供了一种新的方法。基于虚拟位移ds，推导了滑坡重力势能增量 和滑面摩擦耗能 ，定义了能量法滑坡稳定性系数 ，分别给出了在不考虑地下水和考虑地下水两种情况下滑坡稳定系数Sc的数学表达式。通过算例分析，并与极限平衡法中的简布法计算结果对比，结果表明，不考虑地下水情况下能量法的计算结果与简布法较为接近，且前者稳定系数略高，差值比为0.19%；考虑地下水影响的情况下能量法计算结果与简布法的差值比为9.77%，前者稳定系数较低，即能量法中地下水对滑坡稳定性系数影响较大。基于算例1，对模型的主要参数进行了关于稳定系数Sc的敏感性分析。最后从本质上对比分析了能量法与简布法的异同。

土体龟裂是一种常见的自然现象，会对土体的工程性质产生显著的负面影响，是许多工程地质和环境地质问题的直接诱因，要研究龟裂，首先需要解决研究方法问题。基于国内外近些年围绕龟裂所开展的工作，着重对研究方法进行了系统的归纳和总结，对比分析了各种方法的优缺点，得到如下认识：（1）土体龟裂研究方法总体分为试验研究和数值模拟研究两大类，试验研究又可分为室内试验和现场试验，目前该课题主要以室内试验为主；（2）室内试验常用的试样主要有泥浆样和压实样两种，且前者更受学界欢迎；（3）土体龟裂试验主要涉及两方面的关键仪器设备，一方面是用于控制试验的环境条件，代表性的为环境箱，另一方面是用于监测龟裂发育过程的相关参数，尤其是裂隙几何形态参数，代表性的有图像采集装置、激光扫描仪、CT机、ERT和分布式光纤等；（4）在试验方法方面，多采用控制变量法研究一个或几个参数对土体龟裂形成及发育规律的影响，包括试样初始状态、尺寸大小、厚度、土质成分、环境温度、相对湿度、试样/容器接触条件和干湿循环次数等；（5）采用数字图像处理技术能快速提取龟裂网络的几何形态结构参数，较其他技术更具前景；（6）现场试验可以最大限度的反映真实裂隙的形成和发育规律，但由于这类试验费时费力投入大等客观原因，报道相对较少；（7）数值模拟是研究土体龟裂的重要手段之一，但由于现阶段关于龟裂发育机制没有统一认识，相关研究还处于起步阶段。最后，针对当前的研究不足提出了今后土体龟裂课题的研究重点。

为研究锚杆锚固对节理岩体剪切性能的影响规律及锚杆抗剪作用机制，开展不同锚杆倾角及不同法向应力作用下加锚节理岩体室内剪切试验研究，探究加锚节理岩体在法向力及剪切力作用下的变形和受力特征，对比分析节理岩体锚固前与锚固后的剪切变形规律，讨论锚杆倾角、节理面法向应力等因素对节理岩体抗剪性能的影响。试验结果表明，锚杆锚固能够有效地增加节理面的黏聚力和内摩擦角，提高节理岩体的抗剪强度；锚杆倾角对加锚节理岩体的抗剪强度及剪切变形规律有重大影响，较大的锚杆倾角有利于发挥锚杆的“销钉”抗剪作用；节理岩体施加锚杆后其剪力–位移曲线存在弹性阶段、屈服阶段及塑性变形阶段3个区段；在锚杆倾角相同的条件下加锚节理岩体的抗剪强度随节理面法向应力的增加而增大。分析试验后试件破坏形态可知，加锚节理岩体中锚杆的屈服破坏主要发生在节理面附近的区段，岩体材料由于锚杆横向的挤压作用，也会在节理面附近发生局部破坏现象。

考虑底板岩体分层特性，将采场底板视为弹性层状半无限平面体，采用传递矩阵法建立层状底板的应力计算模型。用Matlab编制了相应的计算程序，求解得到不同分层深度处的底板应力分布，根据Mohr-Coulomb准则判断底板塑性区分布。新建模型考虑了不同底板岩性及其组合条件，理论计算得到的底板破坏深度比传统方法更符合实际，建立不同的软硬互层采场底板模型，分析了岩体的软硬性质对采场底板应力分布和破坏特征的影响。研究结果表明，硬岩底板对支承压力具有降低和扩散作用，降低作用减小了底板深处应力，有效地抑制了采场底板破坏深度；扩散作用加大了下卧岩层的应力影响范围，导致下卧岩层破坏范围增加，软岩底板由于其承载能力弱，会加剧底板应力的集中程度，导致底板岩层的破坏深度和范围都大大增加。

为揭示围压及应变速率对页岩力学特性的影响规律，对志留统龙马溪组页岩试样开展了不同围压及不同应变率下的三轴压缩力学试验研究。结果表明，围压和应变率对页岩的弹性模量、峰值强度及破裂形态等均具有显著影响，弹性模量和峰值强度均随围压的升高而增加，峰值强度增加的幅度明显大于弹性模量，峰值强度呈线性增加趋势，低围压时应变率从低到高，弹性模量和峰值强度都呈逐渐升高的趋势，两者与应变率对数的关系可用二次多项式描述；随着围压增大，页岩的应变率效应逐渐减弱，在较高高围压（50 MPa）下峰值强度和弹性模量随应变速率增加而增加现象均变得极不显著。对试验后岩样的破坏模式进行分析可知，页岩在低围压高应变率状态下主要是劈裂–剪切破坏，随着围压的增加和应变率的减小，试样的破坏由脆性劈裂–剪切破坏向单一剪切破坏转变，再逐渐向延性破坏过渡。研究结果对于合理确立页岩力学参数及设计压裂方案具有较好的参考。

通过对直剪试件剪切面内应力集中系数分布规律的研究，结合剪应力–剪切位移变化曲线的分析，提出一种采用应力集中系数进行土体抗剪强度取值的方法。以武汉地铁六号线某区间段角砾黏土地层为研究对象，进行室内大型直剪试验，得出角砾黏土的抗剪强度参数随含石量的变化规律，与规程方法进行对比分析，探讨文中方法的可行性。结果表明，应力集中系数K0一定程度上能够反映直剪时土体剪切承载力的强弱；角砾黏土的黏聚力随着含石量的增加呈近似线性关系，与现有研究成果一致；试验结果位于规程规定合理范围内，说明基于应力集中系数的抗剪强度取值方法可作为研究土体强度特性的有效途径。

基于顺坡渗流条件下土质边坡浅层顺坡平面滑动简化计算模型，以骨架防护单元为研究对象，分析骨架与土体相互作用关系以及低应力水平下土体抗剪强度非线性特点，提出矩形骨架框内土体沿骨架底部直接剪切滑动(模式Ⅰ)、被动土压力破坏(模式Ⅱ)两种模式及以竖向净距为表征参数的模式间转换阈值lsp，建立考虑渗透力影响的矩形骨架防护土质边坡浅层稳定安全系数表达式，初步构建了以边坡浅层稳定和矩形骨架结构强度为双控目标的防护工程检算方法。分析表明，阈值lsp主要受骨架厚度h影响，并随h增加逐渐增大；受骨架竖向净距lv影响的两种模式中，模式Ⅱ下的lv对安全系数影响更为显著，模式判别不当将会因高估骨架抗滑作用而得出偏于危险的结果；在满足边坡浅层安全系数和骨架材料强度下截面深嵌的横窗型较截面平展的竖窗型骨架结构能更节省圬工用量。

针对岩体中随机结构面存在粗糙特性的特点，开展了粗糙离散节理网络(roughness discrete fractures network, RDFN)模型研究。采用数字图像处理技术，开发了生成RDFN模型的算法，并基于Matlab方法建立了与颗粒流离散元PFC方法的接口。采用颗粒流PFC方法研究粗糙度对RDFN模型单轴压缩下的弹性、强度和破坏模式的影响规律，并与直线型DFN模型进行对比。结果表明，RDFN模型的弹性模量低于DFN模型，而峰值强度较高，残余强度较低；DFN模型中微裂纹沿节理方向贯通，局部存在基岩内部裂纹扩展；RDFN模型由破坏模式相对复杂，达到峰值强度后基岩发生显著破坏。

基于复变函数方法，通过孔边及地表的应力边界条件，获得了自重应力和构造应力作用下浅埋圆形隧洞的应力和位移解析解，并通过ANSYS有限元软件对解析解进行了验证。引入可以反映地表水平应力大小的 项，使得该解具有一般性，对地表水平应力分量为0或不为0的情形都可进行求解。分析了隧洞开挖后的应力场及位移场。结果表明，当地表存在水平方向应力时，隧洞的侧壁区域可能会出现切向拉应力，地表水平应力越大，出现的最大拉应力也越大；随着 的增大，洞顶向上拱起，两侧受挤压向内变形的程度会加剧，地表会出现向上隆起现象，且在洞顶正上方程度为最大。

对含单裂隙岩石开展单轴压缩试验，采用PIV粒子成像测速系统实时采集试验过程中岩样照片，借助PIVProcess流场处理系统将照片转为位移矢量。基于有限元原理计算应力，提出以应力集中强度比k的变化规律划分裂隙岩石变形破坏过程的方法，分析裂隙岩石变形破坏各阶段应力场特征。研究结果表明，加载过程中k随着轴向应变的增加呈现增大-稳定-波动-持续增大的变化规律，根据k变化规律，获得几个重要应力阀值即闭合应力σcc、起裂应力σci、损伤应力σcd值分别为（0.13～0.17）σp、（0.48～0.59）σp和（0.80～0.92）σp（σp为峰值应力）；k波动变化结束后，急剧增大，宏观裂纹在应力集中区域出现；应力集中区域与宏观裂纹分布区域具有较好的一致性。研究结果有助于提升人们对岩石应力场变化的认识，为裂隙岩石破坏过程阶段划分的研究提供一个新方法。

矿山巷道、交通隧道等工程的顶板沉降变形监测是不可缺少的安全保障手段之一，现有的直线分布式光纤布设技术监测巷道沉降变形存在灵敏度较低的问题。将光纤沿巷道顶板的纵向铅垂平面布设成锯齿形状，构建相应的计算模型，给出具体的布设参数，获得了基于AV6419型号的光纤应变测试仪的监测精度和量测范围。试验结果表明，将光纤由直线式布设改变为锯齿状布设时不仅满足分布式光纤传感技术对于提取大范围测量场分布式信息能力的要求，而且通过巷道纵向分布式光纤的布设实现了监测巷道径向变形（如顶板沉降）的目的。计算模型监测的灵敏度相比于直线式有大幅度提高，为基于BOTDR技术的分布式光纤传感技术的应用与推广提供了新的方法和思路。

为研究不同应力条件下层理对高孔隙率岩石材料破坏模式、弹性模量以及强度的影响，针对各向异性的石英砂岩，采用静水预压缩–增大轴向应力的加载方式，进行了多组带有不同层理角度试样的三轴试验。试验结果表明，不同应力条件下各向异性的石英砂岩试样表现出不同的变形破坏特征，以30 MPa围压为界，低围压范围内破坏模式为剪切型破坏，在该范围内随着围压增大破坏面由倾斜转向水平，并受到试样层理角度不同程度的影响，高围压范围内受到层理的影响分为剪切屈服和体积屈服两种破坏模式；随着围压的增大，新闭合的孔隙裂纹数目减少，各向异性对弹性模量的影响呈现降低趋势，弹性模量增长速率降低，弹性模量在层理分布角度 = 60°时都会出现下降的现象；不同层理分布试样的强度曲线呈U型，围压在0～20 MPa范围内试样 =30°强度最低，围压在30～60 MPa范围内强度最低试样转化到 = 45°附近；不同层理角度石英砂岩的强度特征系数随着围压的增大而逐渐减小，围压大于30 MPa后该系数逐渐趋于稳定。

在适宜直径钢管上焊接一定高度的钢片绕丝形成可回收土钉，通过专用连接构造实现可回收土钉的定尺接长,采用旋转施工设备将其旋入土体基坑边坡，形成新型装配式可回收土钉。新型土钉改变了传统土钉凭借注浆锚固体与土体之间的界面黏结力或摩擦力抗拔机制，代之以土体与钢管界面间的摩擦受力及土体与绕丝端部的挤压受力机制。通过现场试验、数值模拟优化升级和现场应用检测，获得新型土钉工作机制，建议了承载力估算方法，新型装配式可回收土钉适应建筑产业化趋势，减少地质环境的污染，实现建筑材料循环利用，具有明显工程价值。

基于室内盾构模拟试验，研究管隧垂直、斜交和平行工况下盾构开挖对管线变形的影响。以合肥在建地铁为工程背景，主要对管线的沉降、变形和相对转角等规律进行模拟试验研究。研究结果表明，二次扰动更容易使土体产生沉降，对土体中的地下管线的位移影响更大；隧道在开挖过程中沿隧道轴向的管线变形与沿隧道环向的影响范围不同，隧道开挖对地下管线产生的环向变形影响大于轴向变形影响；隧道开挖使管线下方土压力发生变化，中间段管线下方产生荷载临空区域，土压力逐渐减小，两边缘端产生附加应力逐渐增大。研究成果可为盾构施工对地下管线变形影响的预测提供相应的控制破坏依据。

置换率是确定CFG桩复合地基的关键指标之一，根据土层分布明确桩长后针对目标附加荷载选择置换率是竖向结构体系决策的基础，目前缺少不同置换率复合地基力学性状附加荷载影响规律共同认知。通过进行2组相同附加荷载和加固深度、不同置换率的复合地基离心模型试验，研究复合地基桩身轴力、桩侧摩阻力、桩土应力比和地基沉降响应附加荷载的分布及变化规律。研究结果表明，因置换率的增大，（1）CFG桩所承受的轴力有所减小，且轴力最大值所在位置上移；（2）摩阻力零点位置和桩体上部负摩阻力最大值位置出现上移且后者变化速率加快，桩端最大正摩阻力值明显减小；（3）桩土应力比有所减小，且在深层土体中其沿深度方向的减小速率变小；（4）地基沉降和地表沉降明显减小，地表沉降与荷载呈线性关系变化，CFG复合地基的复合模量有所提高。

随着我国高坝枢纽工程和高水头抽水蓄能电站的大规模兴建，高坝岩基和高压引水系统围岩将承受极高的渗透水压和水力坡降，不仅导致岩体渗流产生强烈的非线性，而且导致岩体发生渗漏、突透水和渗透破坏的风险急剧增大。采用Triaxial Cell三轴试验系统，开展不同围压(1～30 MPa)下阳江破碎花岗岩的非线性渗流试验，研究高水力梯度条件下破碎花岗岩的非线性渗流特性及其表征方法。试验结果表明，随着水力梯度的逐步增大，破碎花岗岩中的水力梯度与渗流流量呈非线性特征；在围压加载过程中破碎花岗岩的非线性渗流特征逐渐减弱。结合花岗岩的破碎形态和渗透率量级，提出了破碎花岗岩非线性渗流3种可能的成因机制即惯性效应、渗透失稳和固液界面效应。在该基础上分别采用二次函数型Forchheimer公式和幂函数型Izbash公式对试验结果进行拟合，结果表明二者均能很好地表征破碎花岗岩的非线性渗流行为。Forchheimer公式非线性系数既能够表征渗流的惯性效应，又能表征渗透失稳机制，其在量值上随着围压的增大呈现正负交替现象，与围压加载过程中破碎花岗岩裂纹的闭合和扩展密切相关；Izbash公式非线性系数则既能够表征渗流的惯性效应，又能表征低渗介质非线性渗流的固液界面效应，其在量值上与围压存在相关性很好的幂函数关系。研究成果对于深化高渗压、大水力梯度条件下断层破碎带和挤压带非线性渗流规律研究具有重要意义。

针对边坡小概率破坏的高效模拟问题，提出采用方向模拟方法进行计算，介绍了方向模拟的基本理论和楔形体破坏功能函数的算法，编制了岩质边坡楔形体破坏概率的方向模拟的Matlab程序，分别将方向模拟结果与重要抽样模拟、子集模拟的计算结果进行了对比分析。结果表明，方向模拟与子集模拟一样适合于小概率破坏的计算，方向模拟方法在抽样次数较少的情况下就能获得较高的计算精度，与其他两种方法相比效率更高。

利用锚固加强植被系统（ARVS）约束膨胀土变形是一种新的尝试。为研究ARVS系统对膨胀土变形的约束效果，采用ARVS系统的室内简化装置，对南宁中等膨胀土进行有、无防护措施的浸水模型对比试验，对不同约束情况下膨胀土的变形进行对比分析，并根据模型受力情况采用有限元方法验证膨胀力的传递规律。结果表明，采用ARVS约束后膨胀土的吸湿变形过程仍然为3个阶段；ARVS系统能使膨胀土的膨胀量大幅降低，但ARVS系统在植草前后对膨胀土膨胀变形的约束效果差别不是很大，植草后膨胀土的变形能够较快到达稳定阶段；作用在高性能植被保护垫（HPTRM）上的膨胀力先通过锚头板传递至地锚，地锚再将膨胀力传递到土层中。锚固加强植被系统（ARVS）为膨胀土边坡的防护和治理提供了新的方法。

结合扰动状态理论（DSC），详细地分析了桩–土相互作用的荷载渐进性传递机制，提出基于DSC的荷载传递函数及其参数辨识方法。基于Matlab编程，重点分析了模型参数对 曲线的影响规律。分析结果表明，参数 对桩土界面的强度特性的影响具有决定性作用，反映了桩土界面单元强度分布的集中程度，合理地选取参数 可以较好地描述桩–土界面的硬化、软化及弹塑性特性；参数 、 对界面的强度特性影响较小，参数的改变只对最大侧摩阻力值产生影响， 、 越大，侧阻力的极值也越大，但对 曲线的线形几乎无影响；参数 对界面强度特性和 曲线的线形都有一定的影响， 越大峰值强度越大，界面强度越高，达到侧摩阻力峰值所对应的界面位移越小。结合依托工程，理论模型计算结果与现场试桩实测值吻合较好，检验了该模型的正确与可靠性，对工程实际具有重要指导意义。

针对页岩气井多段压裂过程中人工裂缝的应力阴影效应及生产过程中采气–停采引起的变化荷载伤害裂缝导流能力的问题，以陶粒支撑剂为研究对象，采用DL-2000型裂缝导流仪，开展了循环荷载条件下不同铺砂厚度支撑剂的变形及渗透特性实验研究。结果表明，随着循环次数的增加，弹性应变基本稳定，塑性应变持续产生，后者是导致渗透率持续降低的根本原因；塑性应变与永久渗透率损失随闭合压力的变化趋势吻合良好；弹性应变和可恢复渗透率损失随闭合压力的增大而增大，弹性应变随铺砂厚度增大而减小，可恢复渗透率损失随铺砂厚度增大无显著变化；随着铺砂厚度的增大，支撑剂层应力敏感性减弱，颗粒破碎程度降低。适当增加铺砂厚度能有效减小裂缝宽度及渗透率损失，降低循环荷载对导流能力的伤害程度。

CO2地质封存（GCS）是一项将CO2注入并且永久封存于地下含水层或废弃油气储层等地质体内的CO2减排技术。由于场地地质条件和人类开发活动导致的不确定性，注入储层的CO2可通过泄漏废弃井、断层或裂缝以及盖层的“薄弱带”等途径发生泄漏。基于对国内外文献的广泛调研，综述了GCS泄漏及封存安全的研究进展。CO2沿钻井泄漏一般是因为化学或力学作用导致CO2沿钻井环空水泥、井筒桥塞或围岩破碎带发生泄漏。CO2注入储层可能导致盖层破裂，激活原本闭合的断层或断层面滑动。CO2沿断层/裂缝泄漏主要受有效渗透率、裂缝开度等因素影响。盖层泄漏的方式可归纳为渗透泄漏、扩散泄漏和沿裂隙泄漏3种。CO2透过盖层的扩散泄漏对于大时空尺度CO2地质封存泄漏评估不应忽视。CO2泄漏通常会导致受影响的含水层内地下水的pH值减小、盐度升高、离子增多等地球化学响应，甚至存在自由态CO2。含水层内流体压力和地球化学特征可用于有效监测封存CO2、咸水与其他流体的泄漏。GCS泄漏研究目前还十分有限，我国尤其缺乏泄漏的定量研究。

采用土工离心机试验，研究正断层和逆断层错动引起上覆饱和黏土层在20步连续断层错动作用下的变形特性以及裂缝扩展的规律。研究结果显示，正断层错动后地表呈现多条且平行断层面的张拉裂缝，随着错动量的增大，正断层破裂逐渐偏离基岩断层的错动方向，偏向上盘一侧，裂缝逐渐向上盘的方向开裂，裂缝主要发生在断层延长线附近；逆断层错动后地表裂缝均分布在上盘，而且离断层尖端延长线较远，产生的裂缝较细、数量较少，随着断层错动量的增大，地表位移增大，靠近断层下盘一侧的地表受断层错动影响较小，位于断层上盘一侧的地表则随着断层错动显著移动；随着断层错动量的增大，最大地表坡度随之增大，正断层引起的最大坡度的位置逐渐向上盘方向移动，逆断层引起的最大坡度的位置逐渐向下盘方向移动，逆断层的影响范围比正断层的影响范围更广。

海相沉积软土广泛分布于我国沿海地区，是典型的结构性土，具有灵敏度高、承载能力低等特点。通过自钻式旁压试验调查软土场地的原位力学特性，获得了29.0 m深度范围软土层的原位水平应力、临塑压力、不排水抗剪强度、剪切模量等力学指标。结果表明，软土的旁压试验曲线可分为应力平衡阶段、弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段4个阶段；破坏阶段之前软土的卸载会造成有效应力的显著降低，在工程实践中对软土卸载过程的稳定性应予以关注；软土的剪切模量具有明显的非线性特征，采用非线性分析法得到的剪切模量较为合理。通过对试验结果的拟合，建立了原位水平应力和临塑压力随深度变化的经验公式，可为工程中该两类参数的确定提供参考依据。

为探讨高寒地区高陡岩质边坡的时效劣化机制，对经历不同冻融循环次数后的石英砂岩进行常规三轴和三轴蠕变试验，分析了冻融作用对岩石在短期受荷和长期受荷下的力学特征。试验结果表明，冻融作用对短期受荷下砂岩力学性能影响较小，常规力学参数及声发射现象随着冻融循环次数增加变幅较小；在长期受荷作用下冻融对砂岩时效力学特征影响显著，表现为各蠕变力学参数均随冻融循环次数增加而明显变化，是由于冻融导致裂隙壁疲劳受损，其后壁上颗粒在长期荷载作用下能够充分调整变形，冻融造成的微损伤会引起较强的蠕变性。提出考虑冻融蠕变损伤差异的长期折减系数，表征冻融后岩石抵抗长期荷载的能力。冻融后岩样在短期荷载及长期荷载作用下的破坏模式均为剪切破坏，但在长期荷载作用下的岩石破碎方式随着冻融循环次数增加逐渐由单一的斜剪切面向“X”状共轭剪切面演化，岩石更加破裂。研究结果对于高寒山区重大工程的全寿命周期评价具有重要意义。

两次扫描间扫描单点具有不能重叠和不可辨识的特点，目前同名变形点的获取一般会针对监测对象的点云特点采用不同的方法，如重心法、靶标拟合法和模型求差法等，具体应用时受到很多限制，或得到的同名变形点数太少或要求监测表面较连续光滑。文中提出一种基于两期点云直接计算变形的新方法，即通过对扫描点云进行特征分割、坐标变换与投影、格网划分、最短坐标距离计算与排序、中位值段取平均以及逆变换等一系列处理过程后，最终得到整个变形体高密度监测点的变形值。室内外实验的结果表明，该方法采用无接触测量，不需要对原始点云进行预处理，具有很强的抗噪声能力，能形成密集的同名变形监测点，适合于任意表面，在野外150 m范围可达到mm级变形监测精度。

同一期地质运动中岩体所产生的结构面间距一般认为服从负指数分布。目前方法多根据产状单一因素进行分组，分组完成后同一组结构面的间距分布可能非常不规则，针对该问题，结合目前结构面采集到的数据质量高且具有空间位置等特点，提出一种新的双因素分组方法 (a new double-factor clustering method，NDCM)。分组时可综合考虑结构面产状与间距信息，该方法分组初值由模糊K均值法 (fuzzy K-means) 获取，通过调整隶属度较低的结构面分组编码达到修正结构面间距，使其满足负指数分布的目的。为获得NDCM的分组精度，进行了数值模型计算，该模型中结构面分组情况已知，利用模糊K均值法和NDCM法分别对此模型进行结构面分组。对比结果表明，NDCM法分组精度明显优于模糊K均值分组方法；重叠率越高组数越多这种优势越明显；相比于模糊K均值法，NDCM分组精度平均可以提升0.06左右。

针对在深厚白垩系和侏罗系孔隙砂岩含水层底部开采煤层是否引起上部含水层失水沉降问题，利用轴压恒定、变围压和孔隙水压的三轴压缩排水试验，研究不同粒径孔隙砂岩的轴向应变随孔隙水压降低的变化规律，以推导出一定厚度含水层的底部失水沉降计算公式。研究结果表明，（1）随着砂岩内的孔隙水压u降低，岩样会产生轴向压缩变形，并呈非线性增大，且砂岩粒径越大变形越大；（2）砂岩轴向排水变形 与孔隙水压降?u以及初始孔隙水压u0有关，与围压σ3关系不大，且当u0不变、?u越大以及?u不变、u0越小时，所产生的轴向应变 越大；（3）利用 、?u、u0三者间的拟合函数所推导出的砂岩含水层失水沉降计算公式，在一定范围内能够进行多含水层失水沉降计算，为含水孔隙砂岩地层失水沉降计算提供一种新方法。

开展大尺寸沉降柱试验，获得不同初始含砂比、不同初始含水率的泥砂互混吹填土在自重作用下的泥面沉降量和沉降速率的基本特征，结合分层抽取法获得试样沿高度方向的密度剖面与颗粒分布变化规律。试验结果表明，泥砂互混吹填土沉积和颗粒分布规律与初始含砂比、初始含水率有较大关系，增加初始含砂比能显著增加沉降量，且存在一个合理含砂比，超过合理含砂比后沉降量反而降低，初始含水率越低该种现象越明显；沉降-时间曲线基本可以分为3个阶段，其中第II阶段呈现出比较明显的非线性特征，随着初始含水率降低，3个阶段和非线性特征逐渐不明显；密度剖面呈阶梯变化特征，并随初始含水率和初始含砂比的降低而逐渐过渡到线性特征；初始含砂比和初始含水率均影响着泥砂互混吹填土的颗粒分布模式，初始含砂比和初始含水率越大越有利于粒径大于0.075 mm的颗粒沉积；初始含砂比越大，底部沉积的粒径小于0.005 mm颗粒相对越多，体现出群体沉降特征。

为获得压实膨胀土在湿度与密度变化范围内的抗剪强度全貌，采用非饱和直剪试验测定38种湿度与密度组合状态下荆门弱膨胀土的抗剪强度，获得了湿度从风干到饱和、密度在孔隙比0.539~1.089范围内的抗剪强度的分布规律。结果表明，（1）剪切过程中试样大多呈应变软化，仅在低密度与高湿度组合下产生应变强化。高密度与低湿度组合下易出现“应力跌落”。相同密度下，随湿度增大，土体塑性变形能力增强。相同湿度下，随密度降低，土体塑性变形能力增强；（2）非饱和抗剪强度与总黏聚力均随湿度增加先增大后减小而呈现出显著的“山峰效应”；（3）非饱和抗剪强度、总黏聚力、总内摩擦角均随密度减小而显著降低，呈现出显著的“密度效应”。

为研究隧道锚–围岩系统的承载特性，依托云南普立特大桥普立岸隧道锚，开展锚塞体不同大小和埋深的室内模型试验研究。试验结果表明，试验荷载作用下和锚塞体接触部位的围岩首先发挥抗剪作用直至到极限状态，锚塞体发生微小变形，然后荷载产生的应力逐步向围岩中扩散，围岩表面出现变形，最终锚塞体位移发生突变，围岩表面出现放射性裂纹。根据锚塞体和围岩表面的荷载–位移曲线以及围岩中的附加应力变化情况，研究了隧道锚–围岩系统的承载力确定方法。针对相似材料中III类围岩黏聚力不满足相似比的情况，提出采用数值仿真的方法对进行畸变修正，得到与原始地质模型匹配的相似模型允许荷载是30f（f为设计荷载），极限荷载是设计50f。研究结果可为大桥隧道锚的修建及类似的工程设计提供参考。

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对，拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程，将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标，避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中，并将抗震全局极限响应面与基于“均值最不利滑动面”的极限响应面进行了对比，结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大，特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线，表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性，可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。

采场中充填体的几何结构和力学特性是影响充填体质量的控制性因素。通过开展充填料浆流动沉降相似模拟试验及充填体单轴和常规三轴压缩试验，揭示采场充填体的结构特征与强度分布规律，研究不同围压下不均匀充填体的变形特征与破坏模式。结果表明，（1）采场内充填体存在两个分界面和粗骨料、细骨料及灰砂3个不同区域，沿充填料浆流动方向，充填体的强度呈减小 – 增加 – 减小的“S”型分布；（2）充填体三轴压缩轴向应力–应变曲线包括压密、弹性、屈服、应变软化、残余强度5个阶段，相同区域充填体的强度随围压增加而上升，相同围压下不同区域的充填体强度大小依次为灰砂区域>细骨料区域>粗骨料区域。不同区域充填体的黏聚力大小依次为灰砂区域>细骨料区域>粗骨料区域，内摩擦角大小依次为粗骨料区域>细骨料区域>灰砂区域；（3）随围压的增大，充填体宏观破坏裂纹呈增多的趋势，宏观破坏主要为单斜面剪切破坏、张剪复合破坏和“Y”型破坏3种破坏形态。研究成果能为采场的充填钻孔数量与位置设计及稳定性分析提供理论依据。

在岩土工程可靠性分析中，土性参数空间变异性的分析至关重要，其中土体的固有变异性可以通过随机场理论获取方差折减函数和自相关距离值进行分析。基于天津临港静力触探试验(CPT)得到的锥尖阻力，对波动函数法确定自相关距离过程中所遇到的问题进行深入研究，并分析了去趋势化方法、取样间距、取样范围等影响自相关距离的因素。结合空间递推平均法的改进方法，首次对应用波动函数法确定自相关距离时出现的多个峰值的选择开展分析，结果表明对于所分析场地的地层静力触探数据而言，应选取波动函数曲线中第一个峰值作为该土层的自相关距离值。通过去趋势化后的随机分量统计特性及对应自相关距离计算结果的对比发现，去趋势化方法要依实际情况而定，并不是所有情况都可以使用线性去趋势化方法，建议最高选用二次非线性拟合结果对原始数据去趋势化；当取样范围较大，即触探孔数量较多时自相关距离随取样间距的增大而增大。分析还表明，对于同样的样本间距，随着触探孔数量的增加，自相关距离是逐渐减小的，但这种差距随着取样间距的增大而逐渐缩小。

石膏岩的饱水软化蠕变特性是影响石膏矿采空区安全评价的重要因素。以荆门石膏矿岩为研究对象，开展天然与饱水状态下的单试样逐级增量加载试验，分析了饱水软化作用下石膏岩的蠕变特性，选取西原模型描述石膏岩的本构关系。分析结果可得，饱水试样总蠕变量大于天然试样；饱水试样蠕变破坏强度（11 MPa）是天然试样蠕变破坏强度（21.5 MPa）的0.54倍，长期强度（10 MPa）是天然试样长期强度（19.5 MPa）的0.49倍。利用西原模型对蠕变曲线进行拟合并分析拟合参数可知，饱水试样参数E1是天然试样的0.1～0.5倍，η1是天然试样的0.2～0.7倍，E2是天然试样的2～10倍。以上结论均表明饱水试样的蠕变特性更加明显。分析讨论饱水软化作用对石膏岩蠕变特性影响机制可知，荆门石膏岩软化作用主要由物理软化作用及化学软化作用耦合而成，物理软化作用主要为静水作用下的孔压效应，化学软化作用主要为石膏岩的重结晶作用。试验分析结果可为石膏矿采空区安全评价提供依据，具有重要的工程实际意义。

根据岩石广义应力松弛特性试验研究的需要，自主研制了基于应力归还法的单轴拉伸伺服控制试验系统。该系统的(1) 实现了应力归还法控制，既能单独控制加载传统的位移、应力，也可伺服控制应力-应变线性组合；(2) 测量、控制系统采用硬件实现而非计算机软件，结构简单紧凑，系统动作反应时间短，性能稳定可靠，升级改造空间大；(3) 控制及监测数据均采用模拟信号传输，试验过程控制及数据采集精度均较高；(4) 采用高强度粘接剂直接拉伸，使试件完全处于被拉伸状态，能更真实地模拟工程实际中岩体的受力状态。采用该试验系统，对田下凝灰岩进行了拉应力条件下的广义应力松弛试验，试验结果表明，其具有较好的实用性和可靠性，为研究工程实际中岩石受拉应力作用下的广义应力松弛力学性质提供了新的试验方法及手段。

为分析锚杆作用下边坡的稳定性，基于最小势能原理，通过单元体虚位移方向的静力平衡方程确定滑面剪应力分布的解析解，构建剪切势能计算模型。在建立边坡支护系统的势能函数时考虑锚杆储存的线应变能以及弯曲应变能，提出改进的最小势能锚杆支护边坡稳定性分析方法。通过算例将其与传统算法进行对比，分析了锚杆参数对边坡安全系数的影响。研究表明，文中的计算方法可行且合理，锚杆的弯曲应变能对边坡的安全系数计算结果的影响可忽略不计；锚杆的竖向间距、长度、锚固角、锚固力以及第一排锚杆距离地面的距离对边坡的安全系数影响较为显著，锚杆的刚度对边坡安全系数的影响水平较低；随着锚杆长度的增加，边坡的安全系数曲线呈现先递增后趋于稳定的变化规律；锚固角度为 左右时边坡的安全系数存在最优值。

赤泥渗沥液具有强碱性，首先对赤泥渗沥液的碱性进行分析，利用碱溶液模拟赤泥渗沥液，研究了山西某赤泥堆场黏性土样在强碱的腐蚀作用下物理性质的变化及其微观结构特征，重点考察不同的作用时间效应的影响。对利用水泥（或粉煤灰）固化的赤泥样的受碱腐蚀所引起的强度变化规律进行研究表明，在碱溶液作用下不同的固化时间时固化样的强度变化过程主要体现在整个过程的早期，固化样在经过较长时间的凝结过程和腐蚀效应的共同作用后强度逐渐趋于稳定，无侧限抗剪切强度不会有明显的衰减，利用水泥和粉煤灰对赤泥进行固化处理是可行的。

地连墙槽壁（以下简称“槽壁”）稳定问题是地连墙施工质量和施工安全最关键的问题,由于护壁措施不当引起槽壁坍塌事故时有发生。首先，分析了槽壁失稳机制及形态，总结了各种槽壁抗失稳加固措施的优缺点，提出了深层搅拌桩（以下简称“搅拌桩”）合理加固深度建议值和合理加固宽度的确定原则。其次，归纳总结了槽壁在泥浆护壁条件下各种稳定性安全系数计算方法的适用条件，探讨了各个安全系数取值的合理性，给出了建议值。最后，提出了搅拌桩加固槽壁条件下槽壁稳定性安全系数计算方法和判定标准。经多项工程实践，文中所提出的搅拌桩加固槽壁条件下槽壁稳定性安全系数计算方法和判定标准的可靠性以及加固宽度和深度的合理性得到了验证。

基坑多级支护结构随着两级支护间距离B的增加可以分为3种主要的破坏模式，即整体式、关联式和分离式。采用抗剪强度折减法对多级支护达到分离式破坏模式的条件进行了研究，分析了土体强度及第一级支护结构长度L1和第二级支护结构长度L2三个主要参数对分离式破坏临界宽度 的影响，为了反映土体强度的影响，引入了“独立安全系数比Rfos”（即两级间距离无限远时各自安全系数的比值）。计算结果表明， 随着Rfos的增加而减小，当Rfos较小时多级支护结构的破坏模式只存在整体式和分离式， 可以根据基于极限分析上限理论的简化算法求得，当Rfos超过一定数值 达到下限分离式破坏临界宽度，下限分离式破坏临界宽度与两级支护中稳定安全系数较低一级的破坏面宽度一致； 随着L1的增加而近似线性增加， 随L2的变化分为两部分，当Rfos较小时 随L2的增加而增加，当Rfos较大时 随L2的增加而减小。

为研究软弱围岩隧道掌子面及超前核心土的挤出位移特征，用Solexperts AG公司生产的GMD滑动测微计对湄渝高速岐山隧道F215构造破碎带区域进行了挤出位移实测，通过有限差分程序进行系列数值试验，着重研究了隧道穿越软弱围岩期间挤出位移的变化特征，并分析了破碎带长度和硬软岩刚度比的影响。结果表明，（1）挤出位移的大小可反映前方围岩质量，挤出位移在超前核心土内的分布可反映前方围岩的节理裂隙发育情况；（2）隧道开挖在掌子面前方造成的扰动范围大致为1.5倍的隧道开挖跨度；（3）隧道接近前方变化地质区域时，挤出位移的增大或减小具有超前性；（4）软岩段长度在一定范围内会影响掌子面进入软岩区后挤出位移的大小和变化趋势；（5）硬岩与软岩间的刚度比越大，挤出位移变化速率越大，且隧道由软岩区向硬岩区掘进时挤出位移的变化时机越早，而由硬岩区向软岩区掘进时的变化时机不受刚度比影响；（6）可将对挤出位移的监测分析作为超前地质预报的补充手段判断掌子面前方围岩情况。

依据程潮铁矿地表变形、岩体变形和井筒裂缝监测资料，分析东主井井筒变形破坏的成因，总结井筒裂缝分布规律及其与采空区的关系，通过数值分析探讨井筒继续使用的可行性。结合后期对地表与深部岩体较为详细的监测资料，建立了倾倒破坏力学模型，探讨井筒裂缝扩展与井区岩体水平位移之间的关系以及井区岩体分区与井筒裂缝分布之间的关系。研究结果表明，东主井变形破坏是由地下采矿引起的，岩体水平位移对井筒变形破坏起重要作用；井筒的裂缝分布在空间上与采空区的位置有关，井筒的东面和西面裂缝发育，南面和北面基本无裂缝。由数值计算结果可知，井区地表与岩体变形将继续加大，但不会发生整体失稳破坏。对比岩体分区与裂缝分布发现，井筒的裂缝分布在深度方向上与井区岩体分区有很好的对应关系。

Hoek-Brown准则综合考虑岩体结构、岩块强度等因素，能很好地反映岩体的非线性破坏，更符合工程实际，但其参数选取的主观性及不确定性严重影响其应用效果。通过分析敏感性分析结果及Hoek-Brown准则的圆形硐室围岩位移表达式，借助FLAC3D数值模拟和回归性分析建立了基于Hoek-Brown准则的非线性回归模型，结合差分进化算法提出了合理的位移反分析方法及步骤，并成功应用于青岛地铁工程。结果表明，所建立的非线性回归模型能较好地反映隧道位移与地质强度指标GSI、扰动系数D及泊松比 的关系，所提出的位移反分析方法能较准确地反演获得GSI、D、 值，由所得反演参数值计算的位移与现场监测位移的相对误差较小，具有良好的一致性，验证了该方法的合理性、准确性，为准确获取Hoek-Brown准则参数提供了新方法。

深井大断面沿空留巷常见严重底鼓问题，为更好揭示底鼓机理，利用自行研制的两向四面加载试验装置，结合顾桥矿1115（1）工作面轨道顺槽工程地质条件，采用相似材料模拟方法研究了深井大断面沿空留巷底板在掘进、一次采动、留巷和二次采动影响期间裂隙动态演化规律，并基于分形几何理论定量分析了分形维数变化规律及其与底鼓量的关系。研究结果表明，底板裂隙随着回采逐步发育、扩展、贯通，以剪切破坏的中高角度裂隙分布为主；底板裂隙分形维数逐渐增加，在顶板来压和留巷期间均有明显的升维现象；由于留巷上部基本顶的“回弹”现象，第二个工作面上覆岩层作用于煤体的载荷较小，导致在第二个工作面回采前期，底板裂隙分形维数增量较小；底鼓量和分形维数呈非线性正相关关系。通过对比现场实测底鼓量和试验底鼓量，发现二者能够较好吻合，验证模型试验结果的真实可靠。

水库蓄水是诱发三峡地区库岸滑坡的主要因素之一，开展库水位波动条件下滑坡稳定性研究意义重大。通过现场地质调查、原位监测、理论分析和数值模拟等手段，对三峡库区黄土坡临江1#崩滑堆积体在库水位波动条件下的稳定性进行了研究。利用现场监测数据，分析了滑坡体地下水位与库区水位的关系、滑坡体深部不同高程处位移随时间的变化值以及库水位波动对滑坡体变形的影响。采用三维离散元程序“3DDEC”，对临江1#崩滑堆积体进行了数值模拟，分析了库水位波动条件下滑坡体内应力、应变的变化规律，并提出了考虑干湿循环作用的强度折减法，定义了安全系数的求解方法。研究结果表明，三维离散元法结合强度折减法研究水库滑坡是可行的；黄土坡临江1#崩滑堆积体在目前的调水曲线作用下处于稳定状态；由2013年12月16日巴东地震前后滑坡堆积体的变形可现低烈度地震对滑坡体的稳定性影响不大。

针对目前冲击危险性评价方法的不足，提出了II类开采技术因素，并揭示了该类因素诱发煤岩震动异常并激发灾害发生的内在规律。结果表明，工作面推进度与高能震动事件频率成正比，推进度变化梯度与高能震动事件能量大小成正比，大的变化梯度将增加冲击地压突发的风险；煤层卸压爆破针对巷道两帮冲击启动区，爆破后7～18 h内是解危措施发挥作用的主要时段；巷帮扩修使得围岩从原有的相对稳定变为不稳定状态，扩修进尺过快显著影响煤岩震动异常；工作面停产后恢复生产时期，各能级的微震事件急剧上升，且伴随高能事件发生的危险。II类开采技术因素临时介入，打破原有平衡状态，使得煤岩宏观调整，微观破裂突然无序，激发煤岩冲击事件发生。

五嘎冲拱坝右岸坝肩由于存在张性裂隙、软弱层以及泥化夹层等地质缺陷，坝肩抗滑稳定不能满足要求而采取加固措施。根据工程最新揭示的地质资料、拱坝结构设计成果以及加固处理措施，建立拱坝–地基整体三维数值模型。采用满足Mohr-Coulomb屈服准则的节理单元，模拟基岩中张性裂隙、软弱夹层、层间泥化夹层等构造。采用非线性有限元法，对加固前后坝基岩体及结构面的变形、屈服区进行对比分析，评价右岸坝肩加固处理措施的有效性，采用水容重超载法分析拱坝坝体和地基岩体的变形以及屈服状态的发展过程，给出加固处理后拱坝–地基系统的整体安全度，结合工程类比，综合评价五嘎冲拱坝的整体安全性。计算成果表明，针对右岸L1张性裂隙所进行的加固处理措施可明显提高右岸坝肩的稳定性，加固效果显著，五嘎冲拱坝坝肩加固处理后超载安全度较高，处于高坝工程的偏上位置。

以合肥重塑膨胀土为研究对象，采用改进的三向胀缩仪开展了16组不同初始含水率与干密度的三向膨胀力试验。研究结果表明，（1）在所研究的含水率、干密度范围内竖向膨胀力总是大于横向膨胀力，快速膨胀阶段大致在0～2 h以内，该阶段竖向膨胀力可达到极限膨胀力的80%以上；（2）同一干密度下竖向膨胀力随初始含水率增大而减小，竖向膨胀力与初始含水率之间具有良好的线性关系，且干密度越大，竖向膨胀力随着初始含水率的变化速率越大；（3）在竖向膨胀力与干密度的关系图中，每条曲线均以干密度1.6 g/cm3为分界点呈双线性关系；（4）由膨胀力对数与初始干密度的关系，不同初始含水率下的ln(Pz)-ρd关系为一系列近似平行的递增直线，直线斜率大致相同，说明膨胀力随初始干密度的变化速度不随含水率的变化而变化。

城市建设的迅速发展使得高层建筑及地铁车站的基坑越来越深，开挖将引起较大的基坑回弹，随之产生的过大基坑立柱回弹将引起结构自身的内力重分布，同时会对周围建筑物和地下管线等造成影响。文中系统地搜集整理了天津地铁5、6号线车站的基坑立柱回弹实测数据，并进行了统计分析研究。结果表明，立柱回弹最大值约为平均值的1.2倍，顺作法地下2层站基坑（15～18 m深）和3层站基坑（24～26 m深）平均立柱回弹值分别处于5～40 mm和30～55 mm范围，且回弹值均不超过基坑深度的0.25%。随着地连墙插入比的增加，立柱回弹相应减小，立柱回弹值随着围护结构变形的增大而增大，可见控制围护结构变形可以有效地减小立柱回弹；逆作法基坑立柱回弹较顺作法显著减小，均值在3～10 mm范围，仅相当于相同深度顺作法基坑立柱回弹的1/10～1/3，利用模糊统计得出天津地区开挖深度在15～18 m范围的基坑，正常立柱回弹的取值范围15～25 mm。

大连地铁5号线跨海隧道是我国首条岩溶区的跨海大直径盾构隧道，隧道跨海段长度约2.3 km，采用单洞双线的盾构隧道形式，盾构结构为双层衬砌结构，外径为11.8 m。隧道穿越区域工程地质及水文条件复杂，局部地段岩溶及地下水发育，周边控制性因素较多，设计过程中遇到诸多难点。对地铁跨海隧道单洞双线和单洞单线断面形式进行了综合对比，对岩石破碎、地下水发育条件下的大直径盾构进行选型，通过对比及数值模拟，分析了复杂地质条件下盾构隧道双层衬砌的优势，并结合衬砌形式对防排水方案进行优化，提出了完整的盾构穿越岩溶发育区的处理措施。分析结果表明，岩溶发育区地铁盾构隧道在需要设置排烟风道时采用单洞双线盾构隧道方案更优，采用双层衬砌方案，可以显著提高衬砌结构的耐久性。相关研究成果可供类似工程参考。

为了探讨杂质含量对盐岩力学行为和渗透特性的影响，对不同杂质含量的盐岩进行三轴压缩全过程的气体渗透试验。研究表明，气体渗透作用下杂质含量的增加使得盐岩峰值应力逐步增大而峰值应变逐步减小，应力-应变曲线呈现出向应变零点处的纵坐标“收缩”的状态；杂质含量和围压的变化都会对盐岩的渗透率大小产生影响，当杂质含量小于等于50%时围压的影响较杂质的影响大，当杂质含量大于50%时杂质含量的影响较围压大；围压增大使得盐岩的渗透率减小，渗透率最小值前移，且受杂质影响的范围向前扩大；围压的增大使得杂质影响下的峰值应力处的渗透率和应力零点处的渗透率之间的差异变大，杂质含量的增大使得峰值处的渗透率增大。

采用离散裂隙网络（DFN）建立裂隙岩体模型，通过计算推导获得裂隙频率与Hoek-Brown经验参数的对应关系。借助离散元颗粒流程序PFC，计算分析了注浆加固前后岩体强度的各向异性程度以及沿不同方向和不同注浆黏聚力条件下的应力–应变曲线。在对Hoek-Brown经验参数物理意义分析的基础上，拟合注浆加固后的岩体强度曲线，并分析了注浆黏聚作用的影响规律。研究表明，注浆加固后抗压强度大幅提高，各向异性程度明显降低，其力学特性由延性逐渐转变为脆性。围压较低时，按照Hoek-Brown准则与文中模型计算的抗压强度存在一定差别，随着围压的增加，其误差逐渐减小。依据JCond与Hoek-Brown参数间的定量关系，获得了注浆加固对岩体强度的作用规律，其中参数s受注浆加固影响更加明显。由于mb主要反映了岩体本身的强度性质，s反映岩体的破碎程度，注浆作用的体现与参数的物理意义相互吻合，证明了文中计算模型的合理性。

在弹塑性损伤理论框架内考虑岩石的塑性变形机制和刚度退化，建立基于Mohr-Coulomb(M-C)屈服准则的弹塑性损伤模型，采用内变量即等效塑性应变表征岩石损伤变量的演化。由于M-C屈服准则在应力空间为一个六棱锥，在数值实施过程中六棱锥角点和棱线上的应力更新存在“奇异性”问题，角点光滑化方法可以处理该问题，但其不可避免的导致近似的计算结果。在M-C本构数值积分算法的基础上，推导弹塑性损伤本构方程的主应力空间隐式返回映射算法，包括弹性预测、塑性修正和损伤修正3个主要计算步骤。在塑性修正过程中，针对流动向量返回到主平面、左右棱线和尖点3种情况分别进行讨论，从主应力空间的角度出发解决“奇异性”问题。采用面向对象的编程方法，使用C++语言开发弹塑性损伤本构求解程序（RDM-C），并采用单轴压缩试验、地基和洞室算例对程序计算的结果进行分析和验证。研究结果表明，所建立的弹塑性损伤本构模型能够较好地描述岩石材料主要的力学和变形特性、塑性区和损伤区变化趋势。基于主应力空间的隐式积分算法所开发的程序可以进行岩土工程问题的数值分析，对现场施工提供指导和理论依据。

建造在砂土环境中的盾构隧道渗漏水会将砂土颗粒带入隧道内部，导致隧道周围砂土流失，引起隧道的不均匀变形与沉降。建立了隧道–土体离散元计算模型，模拟隧道不同部位发生局部渗流侵蚀时隧道中心位移、隧道表面土压力分布及地表沉降的变化。结果表明，隧道中心位移、地表沉降量均与颗粒流失比例呈线性增加关系；受颗粒流失及流失缝周围形成的颗粒力拱影响，隧道表面土压力重分布，会使流失缝宽度进一步扩大而加剧渗流侵蚀进程，且渗流侵蚀发生于隧道底部产生的影响大于渗流侵蚀发生于隧道腰部与顶部。

采用隐式锚索单元模拟地下洞室预应力锚索，探讨了索体对岩体单元的等效附加刚度贡献。针对预应力锚索的受力过程，分别分析了预拉力和围岩变形作用下锚索锚固段的受力机制。基于两种作用下锚固段内力的叠加，提出了一种考虑锚固界面剪切滑移的预应力锚索受力分析方法。结合三维非线性有限元，给出了预应力锚索受力的一般求解步骤，然后将此锚索算法应用于乌东德水电站左岸地下厂房洞室群分期开挖。结果表明，锚索支护能够有效加固岩体，限制破坏区的发展；锚固段轴力和剪应力均在始端达到最大，沿深度方向逐渐衰减。计算得到的锚固力变化过程与实测值基本吻合，验证了该算法的合理性。

采动影响下完整底板防治水的重点是研究岩层由隔水层到导水通道的演化过程。煤层开采引起底板岩体承受压–拉–压循环荷载，并导致弹性模量变化。以弹性模量为损伤变量，采用双标量型D-P弹塑性损伤本构模型，根据成庄矿条件建立数值模型，分析采动底板导水通道演化规律。结果表明，(1) 上一计算步煤壁处底板压缩破坏深度随顶板悬露面积增大而再次加深，工作面煤壁位置处底板压缩损伤深度的增长速率在充填体影响下迅速减小（顶板初次垮落），并最终达到稳定（顶板周期垮落）；(2) 采动底板中同时存在压、拉损伤破裂带，二者相互连通，决定了导水通道的位置；(3) 充填体的弹性模量对底板破坏深度有很大影响，其值过低会导致破坏深度持续快速增加。由注水试验所得监测结果与数值模拟成果基本吻合。

三维地质建模是一项学科交叉的研究内容，也是学界的研究热点。针对目前三维地质建模方法中建模效率差、自动化程度低以及对地层尖灭、夹层识别不足的问题，提出一种基于钻孔平面点集Voronoi图的三维地层自动建模方法。首先分析处理钻孔数据，按地层块体属性归类，而后通过平面连通性与高程连通性判定，确立基于Voronoi图的地层边界，最后将地层块体分为普通地层和夹层两种地层块体，分层构建地质模型。该方法在南京某地下工程中应用结果表明，文中建模适用于沉积地层的建模，能够较好地识别地层分布中常见的尖灭和夹层现象，实现，无需人工干预的自动化快速建模。

在高心墙堆石坝应力变形控制数值模拟中，除了所采用土体本构模型的误差影响外，材料参数取值是否合理也是影响堆石坝变形预测精度的关键因素之一。传统参数反分析方法未考虑材料参数之间相关性影响，可能导致反分析参数值与材料实际特性不匹配。另外，高心墙堆石坝材料分区较多，模型待反分析参数多，计算量较大。针对邓肯–张E-B模型参数，通过大量室内试验数据统计分析，得到材料的抗剪强度参数△φ与φ、切线模量系数Ke与体积模量系数Kb、切线模量指数n与m存在显著相关关系，根据其相关关系确定模型基础反分析参数为φ、Rf、Ke和n。构建了基础反分析参数为自变量，数值计算位移值为因变量的响应面方程，运用改进的遗传算法和已知的参数回归方程求得文中模型待反分析参数最优解。以瀑布沟砾石土心墙堆石坝工程为例，对坝体及覆盖层材料参数进行了反分析。计算结果表明，考虑参数相关的反分析方法得到的材料参数更加符合材料的真实特征，由于减少了待反分析参数个数，使计算效率显著提高，该反分析方法可为类似工程提供参考，具有工程应用价值。

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型，采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟，研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先，基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究，分析监测断面的围岩变形特征，研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关，提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后，采用一步挖穿分期释放的模拟方法，研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律，以相同的位移释放系数为出发点，构建，开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系，并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机，得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明，提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单，拟合效果良好，推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。

以连-盐（连云港-盐城）高速公路灌云段为对象，在不影响正常通车的情况下采用侧向辐射注浆技术进行路基加固处理。针对侧向辐射注浆路基加固机制的问题，利用ABAQUS有限元建立数值模型，通过对比有限元计算的注浆加固过程路面隆起、注浆后路面沉降、土体侧向位移和超静孔压与现场试验的测量值，验证了数值模型的可靠性。基于数值模型开展参数分析研究，研究结果表明，侧向辐射注浆技术能够有效地控制现役高速公路的沉降变形，试验路段注浆加固减小沉降达5 cm；注浆率是影响路面隆起量并提高土体压缩模量的主要参数，最终沉降随注浆率增大而线性减小；当注浆土体力学指标较大时注浆加固土体的效果会减弱，但不会对注浆隆起量造成明显影响；对路基的加固时间越早，注浆加固控制沉降的效果就越明显；侧向注浆侧向辐射注浆技术简便，施工过程不影响高速公路正常通车，在控制现役高速公路沉降治理时有较大优势。

针对施工期的中国锦屏地下实验室二期工程，利用三维激光扫描技术对各个实验室进行持续观测，得到开挖面原始点云数据，并通过一系列数据处理获取实验室轮廓变形、岩体结构及岩体破坏定量化表征信息。实践表明，利用CYCLONE软件处理原始点云数据，能够准确地获取实验室开挖后轮廓随时间的变化，精度满足工程要求，经现场围岩变形破坏特征证实数据处理结果符合实际规律；利用CYCLONE及基于结构面单位法向量的产状算法亦可准确快速地获取结构面产状，测量结果与传统方法结果相符。此外，利用CYCLONE、Geomagic Studio、3DMAX处理原始数据亦为统计实验室围岩破坏程度提供了简便高效的方法，获取的破坏区深度及体积与其他手段测量值基本一致。与点式监测技术相比，基于三维激光扫描的深埋硬岩隧洞监测与数据处理具备同时获取全场变形且快速、安全、高效的优势，对于研究深埋硬岩隧洞岩体力学行为是一种十分有效的技术手段。

目前平板载荷试验(PLT)所用的承载板均为刚性承载板，无法考虑板底压力实际分布，测试出的地基土变形模量 存在一定的偏差。为实现板底均匀加载，在刚性承载板下加装气囊，研制出一种适用于PLT的柔性承载板。采用柔性承载板测试时，气囊内部变形量由电感式位移传感器测出，各级载荷值由合力P与囊内气压p同时控制。室内对比试验结果表明，刚性承载板测试出的 比柔性承载板测试出的 偏大14.0%，有限元模拟同样也表明刚性承载板测试出的 偏大10%以上，采用柔性承载板可得到 的准确值。研究认为土体变形模量的柔性承载板测试法具有可行性和先进性，成本及效率方面完全可以接受。